[发明专利]用于焊炬的具有较宽直径的细长部分的接触尖端；具有如此接触尖端的焊炬

说明书

技术领域

此发明涉及GMAW(气体保护金属极电弧焊)、MIG(金属极惰性气体)，MAG(金属极活性气体)、SAW(潜弧焊)、或者FCAM(管状焊条电弧焊)焊炬的前端部件，并且更特别地涉及到焊炬的接触尖端和固定头。

背景技术

传统的焊炬通常包括：与焊炬主体连接的线缆组件、从主体延伸的鹅颈管、和在鹅颈管末端处的焊炬头。焊炬头通常包括固定头和/或喷射器、接触尖端和喷嘴。焊接焊丝(自耗电极)和保护气体进给通过线缆组件和鹅颈管并到达焊炬头，在焊炬头处焊接焊丝和保护气体排出接触尖端和喷嘴。

常见的金属焊接技术是利用由电弧产生的热量将工件的一部分转变为熔融状态，以及使用来自焊接焊丝的填充金属的附加物。能量(例如，焊接电流)从线缆组件和鹅颈管传送通过包括固定头和接触尖端的焊炬的前端部件并到达自耗电极焊接焊丝。当启动焊炬的起动装置或者由遥控装置(robot)/自动控制装置赋值(assign)“启动”信号，电极焊丝便朝向接触尖端推进，在此时电流从接触尖端传导入正排出的焊接焊丝。在电极焊丝和工件之间形成电流电弧，来闭合电路并且产生充足的热量去熔化电极焊丝以焊接工件。保护气体有助于产生电弧和保护焊接点。随着电极焊丝的消耗并成为焊接点的一部分，新电极焊丝推进，并不断地替代消耗掉的电极焊丝和保持焊接电弧。

为了在焊接应用中提升焊接速度(例如，移动速度)和减少飞溅物的产生，焊接动力源一贯使用由脉冲和可控短路为体现的现代信号波形。如图1所示，这些信号波形通常在短脉冲周期和高电流缓变率(high current ramp rate)时耗费高峰值电流(I_Peak)。例如，在恒定电压焊接应用中，对于外直径(0D)为1.13毫米(0.045英寸)的脱氧钢电极焊丝来说，300安培常被视作高强度电流(I_CV)。相比之下，在脉冲焊接应用中，通常焊接同样的电极焊丝的峰值电流时是500安培。根据定律E＝I²Rt，增大了67％的电流导致在接触尖端一接触电极焊丝处多产生了178％的热量(以焦耳为单位)，其中E代表以焦耳为单位的热量，I代表电流，R代表接触尖端两端(across)-电极焊丝交界处的电阻，以及t代表持续的时间。

在脉冲焊接应用中，传导经过接触尖端-电极焊丝交界处的高强度焊接电流和高电流缓变率(high current ramp rate)将引起电极焊丝和接触尖端局部熔化或蒸发(例如，电弧腐蚀)。例如，当电极焊丝进给通过接触尖端时，电极焊丝上会形成烧焦痕记。这种在电极焊丝上的烧焦痕迹的图案是现代脉冲信号波形焊接所独有的特征，在恒定电压焊接模式下进给通过接触尖端的电极焊丝上不会看到这种烧焦痕迹的图案。同理可以假定，类似的损害会产生在接触尖端的内表面上，即焊接电流传导至电极焊丝的地方。但是，在使用过的接触尖端的内表面上，烧焦痕迹不会被注意到或很难被察觉到，这是由于电极焊丝抵住接触尖端的内表面进给时造成了对烧焦特征的摩损的缘故。

在脉冲焊接应用中，电弧腐蚀会导致接触尖端实质性的损耗，而且实践的数据表明接触尖端在脉冲焊接应用中比在恒定电压焊接应用中会更迅速地损耗。例如，在恒定电压焊接应用中，使用了20分钟的接触尖端的内表面上的损耗痕迹被测量到的长度大约是3毫米。使用同型号的电极焊丝和同样的焊丝进给速度，在脉冲焊接应用中，使用了20分钟的接触尖端的内表面上的损耗痕迹被测量到的长度大约是11毫米。经过两小时的脉冲焊接后，测量出在同样的接触尖端上的损耗痕迹为17.5毫米。因此，显而易见，脉冲焊接会比恒定电压焊接导致多得多的接触尖端损耗。

随着接触尖端的使用和损耗，接触尖端和电极焊丝间的能量传输效率降低。这致使电弧处于较低的能量消耗状态。当能量消耗太低而不能保持平稳的(smooth)焊接电弧时，会出现焊条残头(stubbing)而促使非预期的焊接瑕疵(如冷焊和不连续的焊珠)的产生。

进一步地，由于电极焊丝的包装以及电极焊丝进给通过弧形的焊炬的事实，电极焊丝总会原本就有弯曲或弧度。当弧形的电极焊丝被推入贯穿接触尖端延伸的中心孔时，弧形的电极焊丝在接触尖端的内部是弯的(有弹性地或可塑地)。电极焊丝通常抵住接触尖端的前端(称为前接触点)处的接触尖端孔的“侧”和与该“侧”相对的接触尖端的后端(称为后接触点)处的接触尖端孔“侧”弯曲。这种机械弯曲对于接触压力必不可少并且确保电极焊丝和接触尖端之间的电力传导。